JPH05171957A - ガスタービンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】空気圧縮機入口案内翼制御部１７は、ガスター
ビンの軸速度Ｎに基づいて空気圧縮機入口案内翼角度Ｖ
を設定する空気圧縮機入口案内翼起動スケジュール設定
部と、低負荷領域のガスタービン排ガス温度を所定値に
制御する低負荷領域制御部と所定の下限値および上限値
とを設定する下限値および上限値設定部とからなる低負
荷領域ガスタービン排ガス温度制御部と、ガスタービン
排ガス温度を所定上限値で制御するガスタービン排ガス
温度上限制御部とにより空気圧縮機入口案内翼１を制御
するようにした。 【効果】低負荷領域の脱硝効率の特性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温ガスタービンプラ
ントの脱硝効率を高めるように制御して、ガスタービン
排ガス中に含まれる窒素酸化物の発生を抑制するガスタ
ービンの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンは、高温化による高効率化
の傾向が著しい。しかし、高温化に伴い窒素酸化物（以
下「ＮＯｘ」と略す）の発生が多くなるため、従来低Ｎ
Ｏｘ燃焼器の採用と共に、ガスタービン排ガス通路部に
ＮＯｘの還元触媒層を設けて排ガス中のＮＯｘの低減を
図っている。

【０００３】ガスタービンプラントでは、一般に、着火
から定格負荷までの全領域を一様にＮＯｘ低減させるこ
とは困難であり、最も高温で運転時間の長い高負荷領域
において、ＮＯｘ低減効果が大きくなるように設計がさ
れている。高温ガスタービンに対しては、高温用の脱硝
触媒が適用され、定格負荷におけるガスタービン排ガス
温度において、最も脱硝効率が高い特性をもつ高温脱硝
触媒層が選定される。高負荷領域のガスタービン排ガス
温度の高い領域では、脱硝効率が高いが、低負荷領域の
比較的にガスタービン排ガス温度の低い領域では、脱硝
効率が低いため、ガスタービン高温化が進むに従って、
低負荷領域におけるＮＯｘの発生をいかに低減するかが
課題となってきた。

【０００４】この種のガスタービンの制御装置の従来例
を図５に示す。

【０００５】まず、大気から吸入された空気は、空気圧
縮機入口案内翼１を通り、空気圧縮機２で圧縮される。
圧縮空気は燃焼器３に送給され、また燃料も燃料制御弁
４で流量が制御されて燃焼器３に送給される。燃料は、
燃焼器３で燃焼されて高温高圧の燃焼ガスとなり、この
燃焼ガスは燃焼器３からガスタービン５に送給される。

【０００６】ガスタービン５は、燃焼ガスにより回転駆
動されて負荷である発電機６を駆動して仕事をする。ガ
スタービン５で仕事をした燃焼ガスは、排ガスとなって
排ガス通路部の脱硝触媒層７を通過し、大気中に放出さ
れる。

【０００７】上記したガスタービンプラントは、ガスタ
ービンの制御装置８により制御される。

【０００８】このガスタービンの制御装置８は、起動制
御部９、速度負荷制御部１０、排気温度制御部１１と、
これらの出力信号の内から低値の信号を選択する低値選
択部１２で構成され、この低値選択部１２の出力Ｓによ
り燃料制御弁４を制御し、かつ、空気圧縮機入口案内翼
制御部１３の出力Ｖにより空気圧縮機入口案内翼１を制
御するようになっている。

【０００９】また、軸端歯車１４に近接配置される速度
検出器１５から取り出された軸速度Ｎがガスタービンの
制御装置８の速度負荷制御部１０および空気圧縮機入口
案内翼制御部１３に入力されている。さらに、ガスター
ビン排ガス通路部に温度検出器１６が設けられ、ガスタ
ービン排ガス温度Ｔがガスタービンの制御装置８の排気
温度制御部１１に入力されている。

【００１０】そして、空気圧縮機入口案内翼制御部１３
は、図６に示す特性を有し、起動制御部９により燃料制
御弁４の開度が増加して燃料量が増加するに従って一軸
直結のガスタービンの軸速度Ｎが増加し、これに応じて
空気圧縮機入口案内翼角度Ｖを増加させて空気流量を増
加させるようにしている。すなわち、軸速度Ｎが時刻ｔ
１に増加を開始して時刻ｔ２に定格速度に到達すると、
空気圧縮機入口案内翼角度Ｖが最大角度に到達するよう
にしている。

【００１１】次に、図５の構成のガスタービンの制御装
置８の負荷増加に至る作用を図７を参照して説明する。

【００１２】まず、起動制御部９により燃料流量を増加
させると、ガスタービンの軸速度Ｎが増加する。空気圧
縮機入口案内翼角度Ｖは空気圧縮機入口案内翼制御部１
３の図６に示した特性に従って、時刻ｔ１に軸速度Ｎの
増加と共に増加を開始して、空気流量を増加させる。ガ
スタービン排ガス温度Ｔは燃料流量の増加に対応して増
加し、空気圧縮機入口案内翼角度Ｖの増加、すなわち、
空気流量の増加に対しては温度の増加のスピードが減少
する。

【００１３】やがて、空気圧縮機入口案内翼角度Ｖが時
刻ｔ２で最大角度に達し、その後、時刻ｔ３に軸速度Ｎ
は定格速度に到達する。そして、発電機６は電力系統に
併入されて発電機出力Ｐを電力系統に送り始める。

【００１４】その後、速度負荷制御部１０により燃料の
流量が増加されることにより発電機６の出力Ｐが増加さ
れる。ガスタービン排ガス温度Ｔは燃料の流量の増加に
従って高くなる。時刻ｔ３の後の低負荷領域では、ま
だ、ガスタービン排ガス温度は低いが、燃料流量を増加
させて高負荷領域に達すると、ガスタービン排ガス温度
Ｔは相当高くなり、やがて時刻ｔ４にガスタービン排ガ
ス上限温度に達すると、排気温度制御部１１により燃料
流量が抑圧されガスタービン排ガス温度Ｔは上限温度に
制御される。

【００１５】一方、ガスタービン排ガス通路部の脱硝触
媒層７では、最近のガスタービン高温化に伴い、高温領
域において脱硝効率が高い特性を有するものが使用され
るようになってきた。図８は、その動向を示すもので、
従来は脱硝効率の特性Ａを有する脱硝触媒を使用してい
たが、最近、ガスタービン高温化に伴い、脱硝効率の特
性Ｂを有する脱硝触媒が使用されるようになってきたこ
とを示している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置では低負荷領域でガスタービン排ガス温度Ｔが低い
から図８で明らかなように、脱硝効率の特性Ｂを有する
高温脱硝触媒の脱硝効果が低く、いかに改善を図るか
が、ガスタービン高温化におけるＮＯｘ低減の課題とな
っている。

【００１７】すなわち、従来技術では空気圧縮機入口案
内翼角度Ｖをガスタービン軸速度Ｎに応じて決定するた
め、発電機が電力系統に併入される前に空気圧縮機入口
案内翼角度Ｖが最大角度に達するようになっている。そ
の結果、発電機負荷が低負荷領域のときには、ガスター
ビン排ガス温度Ｔが低くなるため、高温ガスタービン用
の高温脱硝触媒の脱硝効率が低い領域で使用されること
になり、ＮＯｘの発生を十分に抑制することができない
という問題があった。

【００１８】そこで、本発明は高温ガスタービンに適用
される高温脱硝触媒層に対して、低負荷領域においても
脱硝効率の高い運転を可能とするガスタービンの制御装
置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、空気圧縮機と
燃焼器とガスタービンとガスタービン排ガス通路部の脱
硝接触層とを有するガスタービンプラントを制御するガ
スタービンの制御装置において、前記ガスタービンの回
転速度に応じて前記空気圧縮機の入口案内翼角度を設定
するための第１の入口案内翼角度信号を出力する空気圧
縮機入口案内翼起動スケジュール設定部と、低負荷領域
の前記ガスタービン排ガス温度を所定値に制御するため
排ガス温度に基づいて制御演算して低負荷領域制御信号
を出力する低負荷領域制御部と、前記低負荷領域のガス
タービン排ガス温度を所定の下限値または上限値とする
ための下限信号および上限信号を出力する設定部と、前
記低負荷領域制御信号と前記下限信号と前記上限信号と
の中間の信号を選択して中間値信号を出力する中間値選
択部とからなる低負荷領域ガスタービン排ガス温度制御
部と、高負荷領域のガスタービン排ガス温度を所定の上
限値に制御するため排ガス温度に基づいて制御演算して
高負荷領域制御信号を出力する高負荷領域ガスタービン
排ガス温度上限制御部と、前記中間値信号と前記高負荷
領域制御信号との高値を選択して第２の入口案内翼角度
信号を出力する高値選択部と、前記第１の入口案内翼角
度信号と前記第２の入口案内翼角度信号との低値の信号
を選択しこの低値信号により前記空気圧縮機の入口案内
翼角度を開閉制御する低値選択部とを設けたようにした
ものである。

【００２０】

【作用】上記構成で、起動時に空気圧縮機入口案内翼起
動スケジュール設定部の第１の入口案内翼角度信号によ
りガスタービン速度の上昇に応じて空気圧縮機入口案内
翼角度を増加される。空気圧縮機入口案内翼角度の増加
によりガスタービン排ガス温度を減少させる方向に作用
するが、低負荷領域ガスタービン排ガス温度制御部の下
限値設定部の下限信号が中間値選択部および低値選択部
で選択され、これにより空気圧縮機入口案内翼角度を所
定の下限値に保持する。この状態で燃料流量が増加する
と、低負荷領域におけるガスタービン排ガス温度が高く
なる。そして、ガスタービン排ガス温度が所定値に達し
たところで、低負荷領域制御部の低負荷領域制御信号が
中間値選択部および低値選択部で選択され、これにより
ガスタービン排ガス温度が所定値に制御される。ガスタ
ービン排ガス温度を所定値に制御している状態におい
て、上限値設定部の上限信号が中間値選択部および低値
選択部で選択され、これによって、空気圧縮機入口案内
翼角度の増加を停止する。その状態で燃料流量が増加す
ると、更にガスタービン排ガス温度が高くなり、脱硝効
率のより高い領域での運転が可能となる。ガスタービン
排ガス温度が所定上限値に達すると、ガスタービン排ガ
ス温度上限制御部によりガスタービン排ガス温度を所定
上限値に維持するために空気圧縮機入口案内翼角度を増
加させ空気流量を増加させる。このようにして、低負荷
領域におけるガスタービン排ガス温度を高め、その結果
としてガスタービンプラントを脱硝触媒層の脱硝効率の
高い領域で運転することによりＮＯｘの発生を抑制する
ことができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２２】図１は、本発明の一実施例を示すガスター
ビンの制御装置の構成図である。図において、図５と同
一符号は、同一部分または相当部分を示す。図５との相
違は空気圧縮機入口案内翼制御部１３が図２に示す構成
のものに置き換えられているという点である。

【００２３】ここで、空気圧縮機入口案内翼起動スケジ
ュール設定部１８は、ガスタービン軸速度Ｎを入力し
て、空気圧縮機入口案内翼角度指令を第１の入口案内翼
角度信号として低値選択部１９へ出力する。信号発生部
２０は低負荷領域におけるガスタービン排気温度の設定
値を出力し、この出力とガスタービン排ガス温度Ｔとを
偏差演算部２１で温度偏差を求めて、この偏差を比例積
分制御部２２に入力して低負荷領域制御信号を出力す
る。

【００２４】中間値選択部２６は、下限値設定部２３の
設定信号と、上限値設定部２５の設定信号と、比例積分
制御部２２の出力である低負荷領域制御信号とを入力し
て中間値を中間値信号として出力する。

【００２５】信号発生部２８は、ガスタービン排ガス温
度の所定上限値を出力し、この所定上限値とガスタービ
ン排ガス温度Ｔとの温度偏差が偏差演算部２９により演
算され、この温度偏差は、比例積分制御部３０に入力し
高負荷領域制御信号を出力する。高値選択部２７は、中
間値選択部２６の中間値信号と比例積分制御部３０の高
負荷領域制御信号を入力してこれらの内の高値を選択し
て高値信号を出力する。低値選択部１９は、高値選択部
２７の第２の入口案内翼角度信号高値信号と空気圧縮機
入口案内翼起動スケジュール設定部１８の第１の入口案
内翼角度信号とを入力して両入力の内のいずれか低値を
空気圧縮機入口案内翼角度Ｖとして選択し、空気圧縮機
入口案内翼１を駆動する。

【００２６】次に、このように構成された実施例の作用
を図３を参照して説明する。なお、本実施例による場合
を実線で示し、時刻ｔａから時刻ｔｅまでの間の一点鎖
線の部分は、図７の対応部分を転記したものである。

【００２７】まず、時刻ｔａまでは、空気圧縮機入口案
内翼角度Ｖは空気圧縮機入口案内翼起動スケジュール設
定部１８により決まる。空気圧縮機入口案内翼起動スケ
ジュール設定部１８は、図６の特性を有している。空気
圧縮機入口案内翼角度Ｖが増加すると、時刻ｔａで下限
値設定部２３の下限信号が中間値選択部２６と高値選択
部２７と低値選択部１９とにおいて選択され、この下限
値設定部２３が与える所定値が空気圧縮機入口案内翼角
度Ｖとなって、この角度で空気圧縮機入口案内翼１が保
持される。この状態では空気圧縮機入口案内翼１が保持
されたまま燃料流量が増加するのでガスタービン排ガス
温度Ｔが図３に示すように、従来技術による場合に比べ
高目に移行する。

【００２８】やがて、ガスタービン排ガス温度Ｔが、信
号発生部２０の低負荷領域ガスタービン排ガス温度設定
値より高くなると、低負荷領域制御部の出力信号、すな
わち、比例積分制御部２２の低負荷領域制御信号が増加
を開始し、この信号が中間値選択部２６と高値選択部２
７と低値選択部１９とにおいて選択され、時刻ｔｂにて
空気圧縮機入口案内翼角度Ｖが再び増加を開始する。つ
まり、空気圧縮機入口案内翼角度Ｖを増加させることに
よりガスタービン排ガス温度Ｔが信号発生部２０の所定
温度に制御される。なお、時刻ｔ１に定格速度となる。

【００２９】空気圧縮機入口案内翼角度Ｖが増加し、や
がて時刻ｔｃに低負荷領域制御信号が上限値設定部２５
の上限信号より大きくなると、上限値設定部２５の上限
信号が中間値選択部２６と高値選択部２７と低値選択部
１９とで選択され、これが空気圧縮機入口案内翼角度Ｖ
となって、この値に空気圧縮機入口案内翼角度が保持さ
れる。

【００３０】その後、空気圧縮機入口案内翼角度Ｖを保
持して、発電機出力Ｐをさらに増加させるために、引き
続き燃料流量を増加させると、ガスタービン排ガス温度
Ｔが上昇する。そして、時刻ｔｄにてガスタービン排ガ
ス温度Ｔが、信号発生部２８の所定上限信号より高くな
ると、ガスタービン排ガス温度上限制御部の出力信号、
すなわち、比例積分制御部３０の高負荷領域制御信号が
増加を開始し、この信号が高値選択部２７と低値選択部
１９において選択され、これが空気圧縮機入口案内翼角
度指令となり、空気圧縮機入口案内翼角度Ｖを増加し、
開始する。つまり、空気圧縮機入口案内翼角度Ｖを増加
させることにより、ガスタービン排ガス温度Ｔがガスタ
ービン排ガス温度上限制御部の信号発生部２８からの上
限温度に制御される。このようにして、ガスタービン排
ガス温度上限制御部は空気圧縮機入口案内翼角度Ｖを増
加させ、やがて時刻ｔｅにて最大角度に到達する。

【００３１】図３に示すように。この状態から更に若干
量の燃料流量増加が一般には可能であり、発電機出力Ｐ
を増加させることができる。このとき、ガスタービン排
ガス温度が増加するが、排気温度制御部１１が、ガスタ
ービン保護のために排ガス温度Ｔが制限値以上に高くな
らぬように燃料流量を時刻ｔ２にて抑制する。

【００３２】このように、図３における同時刻、すなわ
ち、同じ負荷（発電機電力）における脱硝効率を従来技
術の場合と比較すると、図３のＣ点とＤ点は図４に示す
ようになり、従来技術の場合（Ｃ点）に比べ、本発明の
場合（Ｄ点）の方が脱硝効率が高くなる様子がよく判
る。

【００３３】空気圧縮機の吐出空気は、燃焼器内での燃
焼用空気として使用されると共に、ガスタービン高温部
の冷却用空気としても使用されているので、低負荷から
高負荷まで空気圧縮機入口案内翼角度Ｖを低い角度のま
まに留めておくことはできない。ところが、本実施例で
は下限値設定部２３および上限値設定部２５により空気
圧縮機入口案内翼角度Ｖを比較的低い角度に保持するよ
うにして低負荷領域におけるガスタービン排ガス温度Ｔ
を高めて、その結果として脱硝効率を向上させ、低負荷
領域ガスタービン排ガス温度制御部およびガスタービン
排ガス温度上限制御部によりガスタービン排ガス温度を
所定温度に制御しつつ、燃料流量の増加に応じて空気圧
縮機入口案内翼角度を増加させて空気流量を確保するよ
うにした。従って、低負荷領域から高負荷領域にわたる
比較的広い範囲において脱硝触媒層の脱硝効率の高い領
域で運転することができ、高温ガスタービンプラントの
ＮＯｘ発生の低減を図ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
負荷領域ガスタービン排ガス温度制御部およびガスター
ビン排ガス温度上限制御部によりガスタービン排ガス温
度を所定温度に制御するから低負荷領域から高負荷領域
にわたる比較的広い範囲において脱硝触媒層の脱硝効率
の高い領域で運転することができ、高温ガスタービンプ
ラントのＮＯｘ発生の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すガスタービンの制御装
置を示す構成図である。

【図２】図１の空気圧縮機入口案内翼制御部を示す構成
図である。

【図３】図１の作用を示す説明図である。

【図４】図１の実施例における脱硝効率の向上を示す説
明図である。

【図５】従来例を示すガスタービンの制御装置の構成図
である。

【図６】空気圧縮機入口案内翼起動スケジュール設定部
の特性を示す説明図である。

【図７】図５の動作を示す説明図である。

【図８】脱硝触媒層の脱硝効率を示す説明図である。

【符号の説明】

１７ 空気圧縮機入口案内翼制御部 １８ 空気圧縮機入口案内翼起動スケジュール設定部 １９ 低値選択部 ２０ 信号発生部 ２１ 偏差演算部 ２２ 比例積分制御部 ２３ 下限値設定部 ２５ 上限値設定部 ２６ 中間値選択部 ２７ 高値選択部 ２８ 信号発生部 ２９ 偏差演算部 ３０ 比例積分制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気圧縮機と燃焼器とガスタービンとガ
   スタービン排ガス通路部の脱硝接触層とを有するガスタ
   ービンプラントを制御するガスタービンの制御装置にお
   いて、 前記ガスタービンの回転速度に応じて前記空気圧縮機の
   入口案内翼角度を設定するための第１の入口案内翼角度
   信号を出力する空気圧縮機入口案内翼起動スケジュール
   設定部と、 低負荷領域のガスタービン排ガス温度を所定値に制御す
   るため排ガス温度に基づいて制御演算して低負荷領域制
   御信号を出力する低負荷領域制御部と、前記低負荷領域
   のガスタービン排ガス温度を所定の下限値および上限値
   とするための下限信号および上限信号を出力する設定部
   と、前記低負荷領域制御信号と前記下限信号と前記上限
   信号との中間の信号を選択して中間値信号を出力する中
   間値選択部とからなる低負荷領域ガスタービン排ガス温
   度制御部と、 高負荷領域のガスタービン排ガス温度を所定の上限値に
   制御するため排ガス温度に基づいて制御演算して高負荷
   領域制御信号を出力する高負荷領域ガスタービン排ガス
   温度上限制御部と、 前記中間値信号と前記高負荷領域制御信号との高値を選
   択して第２の入口案内翼角度信号を出力する高値選択部
   と、 前記第１の入口案内翼角度信号と前記第２の入口案内翼
   角度信号との低値の信号を選択しこの低値信号により前
   記空気圧縮機の入口案内翼角度を開閉制御する低値選択
   部とを備えたことを特徴とするガスタービンの制御装
   置。